無線傳感網絡（WSN）技術掃描

WSN，改變世界的新技術

傳統(tǒng)的傳感器正逐步實現微型化、智能化、信息化、網絡化，正經歷著一個從傳統(tǒng)傳感器(Dumb Sensor)→智能傳感器(Smart Sensor)→嵌入式Web傳感器(Embedded Web Sensor)的內涵不斷豐富的發(fā)展過程。

隨著微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統(tǒng)(SOC， System on Chip)、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展, 無線傳感網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)技術應運而生，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。這成為當前所有領域內的新熱點。

無線傳感器網絡是一種跨學科技術，就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。基于MEMS的微傳感技術和無線聯(lián)網技術為無線傳感器網絡賦予了廣闊的應用前景。這些潛在的應用領域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領域。

WSN將是全球未來四大技術產業(yè)之一，將掀起新的產業(yè)浪潮。

1999年美國商業(yè)周刊將其列為21世紀最具影響的21項技術之一;2003年，美國麻省理工學院技術評論在預測未來技術發(fā)展的報告中將其列為改變世界十大新技術之一。美國總統(tǒng)科技顧問委員會在“面向21世紀的聯(lián)邦能源與發(fā)展規(guī)劃”中指出，工業(yè)無線技術的廣泛應用將使工業(yè)生產效率提高10%，并使排放污染降低25%.

WSN，發(fā)展歷程及規(guī)劃

早在上世紀70年代，就出現了將傳統(tǒng)傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。

隨著相關學科的的不斷發(fā)展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。

從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家如美國，非常重視無線傳感器網絡的發(fā)展。

美國交通部1995年提出了“國家智能交通系統(tǒng)項目規(guī)劃”，預計到2025年全面投入使用。該計劃試圖有效集成先進的信息技術、數據通信技術、傳感器技術、控制技術及計算機處理技術并運用于整個地面交通管理，建立一個大范圍全方位的實時高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。這種新型系統(tǒng)將有效地使用傳感器網絡進行交通管理。

美國陸軍2001年就提出了“靈巧傳感器網絡通信”計劃，在2001-2005財政年度期間批準實施。其基本思想是：在戰(zhàn)場上布設大量的傳感器以收集和傳輸信息，并對相關原始數據進行過濾，然后再把那些重要的信息傳送到各數據融合中心，將大量的信息集成為一幅戰(zhàn)場全景圖。當參戰(zhàn)人員需要時可分發(fā)給他們，使其對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知能力大大提高。

2002年5月，美國Sandia國家實驗室與美國能源部合作，共同研究能夠盡早發(fā)現以地鐵、車站等場所為目標的生化武器襲擊，并及時采取防范對策的系統(tǒng)。它屬于美國能源部恐怖對策項目的重要一環(huán)。該系統(tǒng)集檢測有毒氣體的化學傳感器和網絡技術于一體。

美國自然科學基金委員會2003年制定了無線傳感器網絡研究計劃，在加州大學洛杉磯分校成立了傳感器網絡研究中心，聯(lián)合周邊的加州大學伯克利分校、南加州大學等，展開“嵌入式智能傳感器”的研究項目。

英特爾公司在2002年10月24日發(fā)布了“基于微型傳感器網絡的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。計劃宣稱，英特爾將致力于微型傳感器網絡在預防醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至海底板塊調查、行星探查等領域的應用。

我國在國家“十一五”規(guī)劃和《國家中長期科技發(fā)展綱要》中將“傳感器網絡及信息處理”列入其中，國家863、973計劃中也將WSN列為支持項目。

前景廣闊，任重道遠

研究發(fā)現，無線傳感器網絡與傳統(tǒng)無線網絡的設計目標和標準具有明顯不同的要求，后者注重在移動的環(huán)境中通過優(yōu)化路由和充分利用帶寬為用戶提供質量較高的服務，而前者常常工作在人無法接近的惡劣環(huán)境中，無法更換能源和重復利用網絡節(jié)點，因此高效能、低成本、自組織等問題是無線傳感器網絡首先要解決的。

由于WSN目前處于研發(fā)與不斷完善的階段，功能有限，其應用范圍只能局限在數據監(jiān)控和采集方面，尚不能在用在控制和安全的場合，大規(guī)模商業(yè)應用還有待時日。目前應用水平也只能是有線的補充。當然，由于用戶的需要、技術的發(fā)展，WSN的前景光明。

據有關專家統(tǒng)計，要克服用了無線就不能要求用電纜供電而必須用電池以及成本高的難點，大概還需要5~10年的時間。根據現場總線的經驗，只要沒有多標準，制造廠商和研發(fā)部門不刻意去炒作，堅持以最少的投入實現最大的生產效益，這樣WSN才能獲得健康而較快地發(fā)展。

目前，已有艾默生、霍尼韋爾兩家大公司推出了WSN產品，前者符合無線HART7.1版本標準;后者采用了ISA100標準。但大多數只限于溫度、壓力、流量及物位耗電量小的變送器。國內川儀和重慶郵電大學合作也生產出無線系列變送器及執(zhí)行器樣機，而WIA-PA在鞍鋼冷軋機測量軸承溫度使用成功。

一項工業(yè)界企業(yè)調查表明，40%的受訪企業(yè)計劃采用無線解決方案，監(jiān)控機器品質。調研公司ONWorld預計到2011年，世界市場無線傳感器網絡(WSN)系統(tǒng)與服務將飛升至約46億美元，比現在增長5億美元。無線傳感器網絡才剛剛開始發(fā)展，國內企業(yè)應該抓住商機，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展。